大跨拱形结构等效静力风荷载

基于计算流体动力学(CFD)方法和有限元动力时程分析法,数值模拟脉动风特性,获取脉动风速时程,以此作为数值风洞模拟的入口边界条件.运用FLUENT软件对大跨拱形结构进行脉动风作用下结构的非稳态分析,得到作用于结构的时程风压荷载;运用ANSYS分析软件进行结构的风振响应计算,分析获得了基于结构风振响应时程的等效静力风荷载.提出多目标等效静力风荷载加权组合系数的定义,计算获得了大跨拱形结构的多目标等效静力风荷载,并验证了其计算精度.研究结果表明,在基于该方法所得等效静力风荷载作用下,结构静力响应计算结果与风振动力时程响应极值吻合.     

起伏地形下复杂形体大跨网格结构风压与等效静风荷载数值模拟

以大跨空间建筑结构实际工程为对象,数值模拟分析复杂形体大跨网格结构在起伏地形下的风压分布、风载体型系数和等效静风荷载.运用Fluent软件计算不同风向角下的结构风载体型系数,发现风向角对结构风载体型系数影响较大.基于谐波叠加法模拟生成风速时程并转化为风压时程,采用ANSYS软件建立结构有限元模型,施加模拟所得的风压时程和风载体型系数,分析结构风致动力效应.定义风振动力放大因子以考虑共振响应的影响,并将其与特定时刻的瞬时风压分布相结合以形成结构的等效静风荷载.数值计算分析了基于基底竖向反力最小值的等效静风荷载及其分布.     

桥梁顺风向等效风荷载计算方法及其分布

桥梁等效风荷载一般被分为平均风荷载、等效背景风荷载和惯性风荷载 3部分 ,分别计算后再按一定的方式将其组合为总的等效风荷载 .对于惯性风荷载 ,一般可根据结构随机振动理论采用模态分解的方法计算得到各阶振型对应的惯性力 ,然后采用完全平方组合 (CQC)法或平方和开方 (SRSS)法将它们组合起来成为总的惯性风荷载 .对于背景风荷载 ,目前主要有荷载响应相关 (LRC)法和经典的模态分解法 .前者得到的背景荷载的分布形式与风压和结构响应的影响函数有关 ,而后者得到的分布形式则与惯性荷载相似 ,两者得到的结果可能并不相同 .这里主要研究LRC法和模态分解法 2种桥梁等效风荷载的计算方法 ,对 2种方法的区别和联系进行讨论 ,并给出风荷载 3个部分的组合方式 ,最后还给出了数值算例 ,进一步对不同计算方法和组合方式进行比较     

椭圆形高耸结构风荷载特性试验研究

结合武汉天河国际机场三期扩建空管工程塔台刚性模型同步测压风洞试验结果,对椭圆形高耸结构的风荷载特性进行了研究.讨论了典型风向角下不同测点层的平均风压系数和极值风压系数的分布规律;基于测点层的风荷载合力时程,采用快速傅里叶变换的方法,得到了椭圆形高耸结构在90°风向角(最大迎风面)下的三维层风荷载功率谱,并采用经验公式对其进行拟合,拟合效果较好.采用LRC法计算了平均风荷载、背景和共振等效静力风荷载,并将结果与荷载规范建议的惯性风荷载法对比,发现两种方法得到的等效静力风荷载吻合较好.     

基于层内力等效的偏心高层建筑三维等效静力风荷载

对于质心和刚心不重合的偏心高层建筑，由于结构三维振型耦合与气动力耦合等因素的影响，其等效静力风荷载的评估变得十分复杂. 基于振型加速度法，推导了考虑三维气动力耦合和振型交叉项贡献的偏心高层建筑各层拟静力项和惯性力项内力（剪力和弯矩）响应计算方法. 在此基础上，基于各层内力响应等效，建立了能合理反映荷载沿高分布信息的结构三维等效静力风荷载评估方法. 随后，结合3种典型矩形截面高层建筑刚性模型测压风洞试验，分析了荷载相关性、结构偏心率和截面长宽比对偏心结构三维等效静力风荷载的影响. 研究表明：对于偏心截面高层建筑，振型交叉项和荷载相关性对结构风致响应与等效静力风荷载的贡献不可忽视，若忽略两者则会低估偏心高层建筑三维等效静力风荷载，特别是扭转向等效静力风荷载. 此外，偏心率和截面长宽比同样影响偏心高层建筑等效静力风荷载的大小和分布情况. 相关研究可为偏心高层建筑的抗风设计提供一定的指导.     

大跨度屋盖结构等效静力风荷载数值计算方法

基于大跨度屋盖结构等效静力风荷载计算的复杂性,提出了极值效应等效静力风荷载的概念和应用数值优化原理计算大跨度屋盖结构内力等效静力风荷载的方法.以几内亚体育场主看台悬挑屋盖为例,计算得到其位移等效静力风荷载;以巴哈马体育场主看台悬挑屋盖为工程背景,基于两类不同目标函数按最小二乘拟合得到内力等效静力风荷载.并分别给出两组内力等效静力风荷载作用下的杆件极值内力误差分布,分析了基于两类目标函数的拟合方法各自的优缺点.算例与分析表明该方法实用性很强,既方便设计使用,又有相当高的精度,可以满足工程设计的需求.     

轻型门式刚架结构的等效静力风荷载

针对现行规范对轻型门式刚架结构风荷载的取值没有考虑脉动风荷载空间相关性的情况,分别采用荷载响应相关法和国外风荷载规范求得门式刚架结构风荷载的分布和大小,基于与现行规范计算结果的对比分析,提出轻型门式刚架结构等效静力风荷载分布的估计方法.基于刚性模型同步测压风洞试验测得的门式体形模型表面风荷载时程数据,建立了轻型门式刚结构架有限元整体模型.通过按建议方法求出的风致响应与实际动力响应极值的对比,验证了建议的风荷载分布的合理性,计算结果表明采用该方法得到的风致响应更接近实际动力响应极值,且表达形式简洁,方便工程设计使用.     

肋环型单层曲板网壳结构的风振响应及等效静风荷载

分析了肋环型单层曲板网壳结构的风荷载和风振响应,并对采用不同方法计算结构等效静风荷载的精度进行了比较.风洞试验结果表明:肋环型单层曲板网壳结构屋面主要受负风压作用;但在90°风向角下,由于体育馆受前方入口建筑的影响,屋盖边缘局部出现正风压.风振响应分析结果表明:有多阶振型参与结构的风致振动,高阶模态影响不可忽略;为保证结构表面所有节点位移准确,结构的模态耦合项不能忽略.但如果只保证较大位移处的准确性,忽略模态耦合项的SRSS方法也是可取的.利用LRC惯性力法和改进LRC方法计算肋环型单层曲板网壳结构的等效静风荷载,可以保证所有风向角下节点的最大位移等效,但不能保证所有节点的位移等效.     

大跨屋盖结构多目标等效静力风荷载精细化分析

基于已建立的大跨屋盖结构多目标等效静力风荷载理论框架,对其中存在的关键问题进行精细化分析。首先,根据结构风振响应特性,分别推导构造多目标等效静力风荷载的背景分量、共振分量及其二者耦合项分量,解决基本分量应与风振响应分析结果相对应且能再现风振响应特性的问题。其次,根据各基本分量作用下结构静力响应分布的相似程度对基本分量进行归并精简,从而保证所选基本分量的高效性,实现用较少的基本分量完成尽可能多的目标响应等效。最后,针对基于数值方法求解多目标等效方程造成的计算结果离散性大、不便于工程应用、精度不高等问题,补充求解的边界条件方程,并提出对计算结果的修正方法。利用提出的精细化分析方法,对国家网球中心"莲花"球场屋盖结构多目标等效静力风荷载进行分析。研究结果表明:所得多目标等效静力风荷载分布合理,静力响应与多目标响应较吻合,验证了所提出的方法的有效性和工程实用性。     

以动力稳定为目标的空间结构等效静力风荷载

采用基于位移或内力响应等效的等效静力风荷载进行大跨空间结构的稳定分析并不十分合理.以动力稳定为目标的等效静力风荷载将使大跨空间结构的设计能够满足稳定性设计的要求.提出大跨空间结构以动力稳定为目标的等效静力风荷载的概念和初步方法,并应用于单层柱面网壳的稳定性分析.通过风洞试验获得柱面网壳表面的非定常气动力,利用Budiansky-Roth准则分析该网壳的动力稳定性,得到以动力稳定为目标的等效静力风荷载.通过对比以动力稳定为目标和基于位移等效的等效静力风荷载下的稳定性分析结果,表明大跨空间结构进行稳定性分析时有必要采用以动力稳定为目标的等效静力风荷载来考虑风荷载作用.     

大跨双坡屋盖结构等效静风荷载研究与参数分析

等效静风荷载是描述大跨空间结构动力风荷载的有效方式。运用Ansys软件进行结构风致响应时程分析,进而研究大跨双坡屋盖结构等效静风荷载。针对风向角、屋面坡度、结构高度和跨度等参数,系统性开展双坡屋盖结构的等效静风荷载的参数分析,为工程设计提供参考依据。研究表明,在0°风向角下屋盖结构等效静风荷载值最大;随着风向角增大,结构的等效静风荷载减小;随着结构高度和跨度的增加,结构等效静风荷载增大,且其分布发生变化;屋面坡度对于结构等效静风荷载的影响较为复杂,适当增大屋面坡度对结构抗风有利。     

基于Ritz-POD法的格构式塔架结构风致振动分析

根据自立式塔架结构脉动风荷载的空间分布形式,实现了本征特征分解(proper orthogonal decomposition,POD)和基于荷载-里兹模态分析相结合的Ritz-POD算法求解Ritz振型,并结合谐波激励法(harmonic excitation method,HEM)和荷载-响应相关法(load response correlation method,LRC)实现了塔架结构风振响应和等效静力风荷载(equivalent static wind load,ESWL)的高效分析。计算结果表明:采用40阶基于荷载-里兹振型和100阶传统自由振动振型计算的节点风振响应和等效静力风荷载结果及变化规律一致且二者吻合度高,说明较少阶Ritz振型的计算精度是能够保障的。并且较少阶Ritz振型减少了谐波激励法与荷载-响应相关法的运算工作量,提高了风致振动分析的效率。另外,本文利用大型通用有限元软件SAP2000基于MATLAB系统的应用程序接口(API)开发环境,实现了塔架结构风致动力响应和等效静力风荷载的高效分析平台,可为其他大型复杂工程的风致振动分析提供参考。     

大跨径斜拉桥斜拉索静风荷载计算方法比较

针对大跨径斜拉桥对风荷载作用十分敏感的特点，分析了斜拉索风荷载的不同计算方法的差异，并以苏通长江公路大桥为例比较了不同计算方法对关键截面响应的影响．分析表明，对于大跨径斜拉桥，斜拉索上的风荷载计算方法对关键截面的响应影响较大；横桥向风作用下，在不考虑斜拉索设计风速的误差的前提下，可将斜拉索上风荷载平均分配到其端部；顺桥向风荷载作用下，则斜拉索上风荷载应直接作用在拉索分段的节点上。     

大跨度拱桥的等效风荷载

基于一些大跨度拱桥的工程实例,采用分段评估方法研究了典型拱肋的静力风荷载,采用惯性荷载法分析了抖振和涡振的等效静力风荷载,并对拱肋和主梁分别进行了总风荷载的综合评估.结果表明:分段评估方法用于计算拱肋的静力风荷载是合理实用的;提出的雷诺数效应修正公式有助于预测包含圆截面构件拱肋的原型拱桥的静力风荷载;采取不同的等效风荷载组合形式分析和评估了大跨度拱桥不同构件的风荷载效应.     

冰区海洋平台静态冰载荷概率特性分析

基于Monte Carlo法 ,对冰区海洋平台静态冰载荷的概率特性进行了分析。在平台设计评估载荷的计算中引入广义冰载荷“当量冰力”的概念 ,并用此概念对冰厚和冰强度的联合作用进行了评估。以渤海辽东湾 4个典型台站为例 ,分析了静态冰载荷主要影响因素的概率特性 ,给出了这几个台站附近海域当量冰力的概率分布参数 ,并定量分析了冰厚和气温对当量冰力的影响。模拟结果表明 ,应用Weibull分布描述概率当量冰力是可行的。此外 ,采用多年一遇的极值条件下冰参数组合求得的当量冰力值比Monte Carlo模拟结果保守得多 ,在工程应用中 ,可采用当量冰力作为平台设计载荷的基础。     

不同加载方式对输电铁塔风致响应的影响

为了评估高压输电塔线体系在强风作用下的安全性能，采用数值模拟方法研究不同建模思路对杆塔力学性能的影响。首先，采用ABAQUS软件建立了500 kV输电线路“一塔两档线”的有限元模型，并利用Kaimal谱模拟随机风速。然后分别建立塔线分离、塔线耦合动力加载方式和等效静力加载方式三种风致响应模型，研究典型工况下不同加载方式对杆塔力学性能的影响。结果显示，三种模型得到的危险区域均一致，只是最大数值稍有差异。塔线耦合效应会使杆塔的应力、位移响应波动频繁，采用动力学加载的结果数值均大于等效静力加载，但等效静载模型计算效率最高，可作为后续杆塔轴力计算和螺栓松动研究的优先选择。     

等长双悬臂梁等效风荷载实用计算方法

一些桥梁在双悬臂施工状态下的等效风荷载问题比较特殊，以往的文献对其讨论很少。对这种情况下等效风荷载的计算方法进行了研究，给出了简洁的实用计算公式。实例分析和比较表明，给出的实用计算公式具有很好的精度，无需查阅图表和插值，适于工程应用，并可为我国正在编写的桥梁抗风设计规范提供参考。     

Software Practicalization for Analysis of Wind-Induced Vibrations of Large Span Roof Structures

Wind loads are key considerations in the structural design of large-span structures since wind loads can be more important than earthquake loads, especially for large flexible structures. The analysis of wind loads on large span roof structures (LSRS) requires large amounts of calculations. Due to the combined effects of horizontal and vertical winds, the wind-induced vibrations of LSRS are analyzed in this paper with the frequency domain method as the first application of method for the analysis of the wind response of LSRS. A program is developed to analyze the wind-induced vibrations due to a combination of wind vibration modes. The program, which predicts the wind vibration coefficient and the wind pressure acting on the LSRS, interfaces with other finite element software to facilitate analysis of wind loads in the design of LSRS. The effectiveness and accuracy of the frequency domain method have been verified by numerical analyses of practical projects.